一种高海拔隧道分阶段灭火救援系统及方法

摘要

本发明公开了一种高海拔隧道分阶段灭火救援系统及方法，系统包括细水雾灭火子系统、防沉降控烟子系统、防热障效应及烟气吸穿子系统和分段供氧子系统。细水雾灭火子系统通过传感控制器控制细水雾喷头，根据温度高低喷射水雾；防沉降控烟子系统通过升降滑动装置调整射流风机主体位置，阻制烟雾沉降扩散；防热障效应及烟气吸穿子系统在可能发生烟气吸穿现象的排烟口通过充入加热氮气、开启垂直挡壁、调整百叶窗防止吸穿现象发生；分段供氧子系统设置在人行横通道内，保障逃离至横通道的人员的氧气供应和基本医疗。本发明可实现高海拔公路隧道发生火灾的情况下，及时进行火情和烟雾控制，并保障高海拔隧道待救援人员的基本生存和医疗条件。

权利要求

1.一种高海拔隧道的分阶段灭火救援系统，所述高海拔隧道为双洞单线隧道，并在隧道中部设置有紧急救援站；所述双洞单线隧道之间等距离间隔设置有人行通道；

在所述高海拔隧道拱顶处等间隔设有与排烟口相连的排烟竖井，所述排烟竖井通过横向排烟道与纵向排烟道连通，所述纵向排烟道与斜井连通，通过所述斜井排出隧道内的烟气，并构成集中排烟系统；其特征是：

所述分阶段灭火救援系统包括：细水雾灭火子系统，防沉降控烟子系统，防热障效应及烟气吸穿子系统和分段供氧子系统；

所述细水雾灭火子系统，包括：消防池(1)、消防给水管道(2)、细水雾供水管主管(3)、给水阀门(4)、可调增压水泵(5)、细水雾供水管支管(6)、细水雾喷头(7)、火灾探测器(8)；

所述消防池(1)与设置在隧道侧壁上的消防给水管道(2)连接，所述消防给水管道(2)依次与细水雾供水管主管(3)、可调增压水泵(5)、细水雾供水管支管(6)、细水雾喷头(7)连接，在所述细水雾供水管主管(3)与所述可调增压水泵(5)之间设置有给水阀门(4)；在所述细水雾灭火子系统所在的隧道顶部设置有火灾探测器(8)；

所述防沉降控烟子系统设置在人行通道附近，并包括：传感控制器(9)、射流风机主体(10)、转动台(11)、升降装置(12)、滑动装置(13)、固定隔板(14)、滑动轨道(15)和发动机(16)、烟雾检测器(23)和温度检测器(24)；

所述滑动装置(13)包括：滑动带动杆(17)、滑动轮(18)；

所述滑动装置(13)固定在隧道顶部，并通过驱动所述滑动带动杆(17)从而带动所述滑动轮(18)滚动；在所述滑动装置(13)的下方设置有固定隔板(14)；所述固定隔板(14)上设置有所述发动机(16)，并驱动升降带动杆(19)自转并带动其两端的升降滚轮(20)转动，从而使得升降支架(21)实现伸缩；

所述升降装置(12)包括：升降带动杆(19)、升降滚轮(20)、升降支架(21)；

在所述升降支架(21)的末端设置有所述转动台(11)，在所述转动台(11)上设置有射流风机主体(10)；在所述转动台(11)和射流风机主体(10)之间设置有伸缩管(22)，以所述发动机(16)驱动所述伸缩管(22)伸缩从而使得射流风机主体(10)实现角度倾斜；

所述防沉降控烟子系统所在的隧道侧壁上设置有烟雾检测器(23)和温度检测器(24)，并分别与传感控制器(9)连接；

所述防热障效应及烟气吸穿子系统，包括：挡烟垂壁(25)、百叶窗辅助装置(26)、变压吸附制氧机(27)、氮气吸附机(28)、氮气储气囊(29)、输氮管(30)、输氮支管(31)、氮气加热器(32)、可调节式排气阀(33)、气体分析仪(34)；

所述变压吸附制氧机(27)设置在紧急救援站中，并通过氮气吸附机(28)与氮气储气囊(29)连接，所述氮气储气囊(29)通过氮气加热器(32)与隧道顶部的输氮管(30)连接；所述输氮管(30)上等间隔连接有输氮支管(31)，且所述输氮支管(31)分布在横向排烟道中，每个输氮支管(31)分别由一个可调节式排气阀(33)控制；

所述气体分析仪(34)设置在隧道拱顶排烟口附近，并由可调式排气阀(33)控制；

所述挡烟垂壁(25)包括：挡烟垂壁板(36)、挡烟垂壁安置凹槽(37)和挡烟垂壁释放部件(38)；

所述挡烟垂壁板(36)的两侧分别为活动侧和固定侧，所述固定侧通过转轴(39)与设置在排烟口附近的挡烟垂壁安置凹槽(37)的一侧转动连接；在所述挡烟垂壁安置凹槽(37)的另一侧上设置有挡烟垂壁释放部件(38)；所述活动端通过所述挡烟垂壁释放部件(38)水平收纳在所述挡烟垂壁安置凹槽(37)中或从所述挡烟垂壁安置凹槽(37)脱离并转动至垂直状态；

所述百叶窗辅助装置(26)设置在排烟口附近，并通过调节电机(44)驱动齿轮(42)链条(43)转动，并带动平行遮板(41)的转动角度，以实现排烟口的排烟量调节；

所述分段供氧通风子系统，是设置所述紧急救援站及人行通道中，并包括：变压吸附制氧机(27)、氧气储气囊(46)、射流风机(47)，风管(48)、供氧管(49)、调节阀(50)、输氧管(51)、供氧仓(52)、氧气面罩(53) 、供氧阀门 (54)、流量计、人体检测传感器（55）、显示屏（56）；所述分段供氧通风子系统与烟雾检测器(23)和温度检测器(24)连接；

所述射流风机(47)设置在隧道洞口处，并与设置在隧道拱顶的风管(48)连接，所述风管(48)通过各个支管与人行通道相连通，同时通过供氧阀门(54)与所述变压吸附制氧机(27)相连，所述变压吸附制氧机(27)与氧气储气囊(46)连接，所述氧气储气囊(46)中的氧气通过供氧管(49)输送给设置在所述人行通道中的各个供氧仓(52)，所述供氧仓(52)内设置有若干个氧气面罩(53)、所述氧气面罩(53)通过输氧管(51)与供氧管(49)相连，并由调节阀(50) 与流量计控制；射流风机安置在隧道入口，吸入隧道外部的新鲜空气，通过风管传送至变压吸附制氧机处，变压吸附制氧机通过分子筛物理提取方式得到氧气和剩余气体，氧气储存在氧气储气囊中，剩余气体储存在氮气储气囊中；

所述人体检测传感器由体温传感器、脉搏传感器、呼吸传感器组成，并在人行横通道入口顶部和侧壁各设置两组；所述显示屏(56)设置在供氧仓(52)门口，所述人体检测传感器与所述显示屏(56)均与PIC控制器(35)连接；

所述细水雾灭火子系统，防沉降控烟子系统，防热障效应及烟气吸穿子系统和分段供氧子系统与和PIC控制器(35)连接。

2.一种高海拔隧道分阶段灭火救援方法，根据权利要求1所述的高海拔隧道的分阶段灭火救援系统，其特征是：

按以下步骤进行：

步骤一：所述火灾探测器(8)、烟雾检测器(23)和温度检测器(24)检测隧道情况，当火灾探测器(8)检测到发生火灾时，并行执行步骤二、三、四；

步骤二：所述PIC控制器(35) 启动附近的几组给水阀门(4)和可调增压水泵(5)，所述给水阀门(4)和可调增压水泵(5)根据所述火灾探测器(8)判断的火源位置，按照火源距离的远近调整几组可调增压水泵(5)的水压及排水量的大小；

步骤三：所述PIC控制器(35)将储存在氮气储气囊(29)中的氮气输送到氮气加热器(32)并开启氮气加热器(32)；

步骤四：所述PIC控制器(35)开启火源位置附近的几组供氧阀门及调节阀(50)，供氧装置开始在供氧仓中供氧，调节阀调节气压使供氧仓氧气浓度达到一定值，若人体检测传感器检测到人员，则同时执行步骤十；

步骤五：当烟雾检测器(23)检测到烟气浓度低于危险值或所述温度检测器(24)检测到温度低于危险值时，给水阀门(4)和可调增压水泵(5)停止、PIC控制器(35)停止氮气输送及氮气加热器(32)运作，调节阀降低供氧浓度，否则并行步骤六、七；

步骤六：烟雾检测器(23)和温度检测器(24)将探测到的烟气浓度和温度数据传输给传感控制器(9)，所述传感控制器(9)启动附近的防沉降控烟子系统的发动机(16)，并调节转动台(11)、升降装置(12)、滑动装置(13)及射流风机主体(10)的送风量，达到防烟气沉降的目的；

步骤七：所述传感控制器(9)开启该排烟口附近的挡烟垂壁释放部件，释放挡烟垂壁主体的活动端，使挡烟垂壁主体垂直放置隔档烟气，以防发生热障效应，当烟雾检测器(23)和温度检测器(24)检测到烟气浓度和温度低于危险值时，停止防沉降控烟子系统并回收挡烟垂壁主体的活动端，否则并行步骤八；

步骤八：氮气加热器(32)将氮气加热至设定温度后通过输氮管（30）输送到隧道顶部的输氮支管（31），气体分析仪（34）分析排烟口附近烟雾浓度，将数据传送至PIC控制器，通过比较排烟口下方烟雾浓度与附近烟气浓度，在浓度差超过危险值的排烟口处开启输氮管排气阀及输氮支管排气阀，将高温氮气经可调节式喷嘴充入排烟口上方；

步骤九：开启该排烟口附近的百叶窗辅助装置齿轮电机，将百叶窗平行遮板通过电机链条与齿轮传动调节至相应角度，当浓度差低于危险值时，停止输氮管排气阀、输氮支管排气阀及百叶窗辅助装置齿轮电机；当气体分析仪检测到火灾发生，PIC控制器开启可调节式排气阀的同时，调节电机开始工作，电机转轴带动链条转动，进而带动齿轮转动，将平行遮板调节至不同的角度，当气体分析仪检测到吸入的气体烟气浓度减小时，说明此排烟口有吸穿的风险，调整平行遮板角度，通过改变排烟口面积的方法减小排烟量以防吸穿；

步骤十：所述人体检测传感器将检测到的人员体温、脉搏、呼吸状况数据传输至PIC控制器（35），通过分析得出人员的缺氧指数，并根据缺氧指数控制调节阀（50）调节氧气浓度使不同供氧仓（52）提供合适的氧气浓度，并将人体不同缺氧程度的症状显示在显示屏（56）上，提示人员去合适的供氧仓（52）中，达到分段供氧的目的，流量计检测氧气面罩（53）的氧气流量，实时反馈给PIC控制器（35）。

说明书

一种高海拔隧道分阶段灭火救援系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及隧道公路救援领域，具体的是一种高海拔隧道分阶段灭火救援系统及方法。

背景技术

[0002] 高海拔长大隧道因海拔原因导致隧道内气温低，空气含氧量稀薄，环境比一般的隧道更加恶劣，在发生紧急情况时会导致行人逃生更加困难；国内高海拔长大隧道救援方
案大多利用斜井在隧道中部设置紧急救援站一座，人员可以通过紧急救援站快速疏散到安
全区域并能自救或通过救援到达洞外，为了更加安全可靠、技术经济合理，在多种方案比选
后，确定采用加密疏散横通道的方案，横通道中间段作为待避区，当一管隧道发生火灾时，
紧急救援站可以停靠列车，为下车的旅客提供暂时的避难区，旅客也可利用横通道进入另
一管隧道的站台等待救援；

[0003] 因为气候和海拔原因，高海拔长大隧道火灾初期时烟气扩散速度较慢，烟气容易凝聚，如果初期人员没有得到及时的救援，在原本恶劣的环境加持下，会对其造成极大伤
害，所以火灾初期是人员疏散救援的关键时期，因此，在特长隧道发生火灾时，应该迅速组
织人员进行疏散，并给予及时的救援。由于高海拔长大隧道的环境恶劣，空气稀薄，且隧道
长度远远高于一般隧道，大多长度大于20km，在发生紧急情况时，人员逃生环境尤其恶劣，
所以在发生火灾时应快速及时的控制住火源的燃烧及烟气的蔓延，且因空气稀薄，隧道救
援站距离远，应为逃生人员提供充足且适量的氧气；国内在高海拔隧道有较为完备的制氧
技术，但供氧技术主要运用于隧道施工期间，对隧道发生紧急事件时逃生人员的供氧没有
较完备的系统体系；

[0004] 在高海拔长大隧道内，火灾时烟气主要聚集在隧道顶部；因此，一般采用顶部集中排烟的方式来控制烟气的下沉和沿隧道纵向的扩散以达到迅速排烟和减少烟气的危害的
目的，但由于高海拔隧道温度低，发生火灾时温差比一般隧道要高，由于排烟竖井内形成的
烟囱效应导致内外压差会更大，从而吸穿现象会更加频繁，发生火灾烟气吸穿现象时，隧道
下部的冷空气被直接吸入竖井，导致竖井的排烟效果显著下降，目前对隧道火灾烟气吸穿
现象的研究主要是调节排烟效率及排烟口间距来减轻吸穿现象，但对高海拔长大隧道的特
殊排烟环境没有深入的研究，也没有完备的体系来防止吸穿。

发明内容

[0005] 本发明针对现有技术存在的缺陷，提出一种高海拔隧道分阶段灭火救援系统及方法，以期能建立一套较为完善的适用于高海拔特长隧道的救援灭火系统，不仅设置有灭火
控烟系统，还针对高海拔隧道内恶劣的低温低压环境设立特有的供氧、防止吸穿、防热障效
应等系统及方法，让乘客可以有更好的逃生环境及提高灭火效率，提高乘客的疏散效率减
少事故的发生。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用技术方案如下：

[0007] 一种应用于高海拔隧道的分阶段灭火救援系统，所述高海拔隧道为双洞单线隧道，并在隧道中部设置有紧急救援站；所述双洞单线隧道之间等距离间隔设置有人行通道；

[0008] 在所述高海拔隧道拱顶处等间隔设有与排烟口相连的排烟竖井，所述排烟竖井通过横向排烟道与纵向排烟道连通，所述纵向排烟道与斜井连通，通过所述斜井排出隧道内
的烟气，并构成集中排烟系统；

[0009] 所述分阶段灭火救援系统包括：细水雾灭火子系统，防沉降控烟子系统，防热障效应及烟气吸穿子系统和分段供氧子系统；

[0010] 所述细水雾灭火子系统，包括：消防池、消防给水管道、细水雾供水管主管、给水阀门、可调增压水泵、细水雾供水管支管、细水雾喷头、火灾探测器；

[0011] 所述消防池与设置在隧道侧壁上的消防给水管道连接，所述消防给水管道依次与细水雾供水管主管、可调增压水泵、细水雾供水管支管、细水雾喷头连接，在所述细水雾供
水管主管与所述可调增压水泵之间设置有给水阀门；在所述细水雾灭火子系统所在的隧道
顶部设置有火灾探测器；

[0012] 所述防沉降控烟子系统设置在人行通道附近，并包括：传感控制器、射流风机主体、转动台、升降装置、滑动装置、固定隔板、滑动轨道和发动机、烟雾检测器和温度检测器；

[0013] 所述滑动装置包括：滑动带动杆、滑动轮；

[0014] 所述滑动装置固定在隧道顶部，并通过驱动所述滑动带动杆从而带动所述滑动轮滚动；在所述滑动装置的下方设置有固定隔板；所述固定隔板上设置有所述发动机，并驱动
所述升降带动杆自转并带动其两端的升降滚轮转动，从而使得所述升降支架实现伸缩；

[0015] 所述升降装置包括：升降带动杆、升降滚轮、升降支架；

[0016] 在所述升降支架的末端设置有所述转动台，在所述转动台上设置有射流风机主体；在所述转动台和射流风机主体之间设置有伸缩管，以所述发动机驱动所述伸缩管伸缩
从而使得射流风机主体实现角度倾斜；

[0017] 所述防沉降控烟子系统所在的隧道侧壁上设置有烟雾检测器和温度检测器，并分别与传感控制器连接；

[0018] 所述防热障效应及烟气吸穿子系统，包括：挡烟垂壁、百叶窗辅助装置、变压吸附制氧机、氮气吸附机、氮气储气囊、输氮管、输氮支管、氮气加热器、可调节式排气阀、气体分
析仪；

[0019] 所述变压吸附制氧机设置在紧急救援站中，并通过氮气吸附机与氮气储气囊连接，所述氮气储气囊通过氮气加热器与隧道顶部的输氮管连接；所述输氮管上等间隔连接
有输氮支管，且所述输氮支管分布在横向排烟道中，每个输氮支管分别由一个可调节式排
气阀控制；

[0020] 所述气体分析仪设置在隧道拱顶排烟口附近，并由可调式排气阀控制；

[0021] 所述挡烟垂壁装置包括：挡烟垂壁板、挡烟垂壁安置凹槽和挡烟垂壁释放部件；

[0022] 所述挡烟垂壁板的两侧分别为活动侧和固定侧，所述固定侧通过转轴与设置在排烟口附近的挡烟垂壁安置凹槽的一侧转动连接；在所述挡烟垂壁安置凹槽的另一侧上设置
有挡烟垂壁释放部件；所述活动端通过所述挡烟垂壁释放部件水平收纳在所述挡烟垂壁安
置凹槽中或从所述挡烟垂壁安置凹槽脱离并转动至垂直状态；

[0023] 所述百叶窗辅助装置设置在排烟口附近，并通过调节电机驱动齿轮链条转动，并带动遮板的转动角度，以实现排烟口的排烟量调节；

[0024] 所述分段供氧通风子系统，是设置所述紧急救援站及人行通道中，并包括：变压吸附制氧机、氧气储气囊、射流风机，风管、供氧管、调节阀、输氧管、供氧仓、氧气面罩、供氧阀
门、流量计、人体检测传感器、显示屏；所述分段供氧通风子系统与烟雾检测器和温度检测
器连接；

[0025] 所述射流风机设置在隧道洞口处，并与设置在隧道拱顶的风管连接，

[0026] 所述风管通过各个支管与人行通道相连通，同时通过供氧阀门与所述变压吸附制氧机相连，所述变压吸附制氧机与氧气储气囊连接，所述氧气储气囊中的氧气通过供氧管
输送给设置在所述人行通道中的各个供氧仓，所述供氧仓内设置有若干个氧气面罩、所述
氧气面罩通过输氧管与供氧管相连，并由调节阀与流量计控制；

[0027] 所述人体检测传感器由体温传感器、脉搏传感器、呼吸传感器组成，并在人行横通道入口顶部和侧壁各设置两组；所述显示屏设置在供氧仓门口，所述人体检测传感器与所
述显示屏均与PIC控制器连接；

[0028] 所述细水雾灭火子系统，防沉降控烟子系统，防热障效应及烟气吸穿子系统和分段供氧子系统与和PIC控制器连接；

[0029] 一种高海拔隧道分阶段灭火救援方法，按以下步骤进行：

[0030] 步骤一：所述火灾探测器、烟雾检测器和温度检测器检测隧道情况，当火灾探测器检测到发生火灾时，并行执行步骤二、三、四；

[0031] 步骤二：所述PIC控制器启动附近的几组给水阀门和可调增压水泵，所述给水阀门和可调增压水泵根据所述火灾探测器判断的火源位置，按照火源距离的远近调整几组可调
增压水泵的水压及排水量的大小；

[0032] 步骤三：所述PIC控制器将储存在氮气储气囊中的氮气输送到氮气加热器并开启氮气加热器；

[0033] 步骤四：所述PIC控制器开启火源位置附近的几组供氧阀门及调节阀，供氧装置开始在供氧仓中供氧，调节阀调节气压使供氧仓氧气浓度达到一定值，若人体检测传感器检
测到人员，则同时执行步骤十；

[0034] 步骤五：当烟雾检测器检测到烟气浓度低于危险值或所述温度检测器检测到温度低于危险值时，给水阀门和可调增压水泵停止、PIC控制器停止氮气输送及氮气加热器运
作，调节阀降低供氧浓度，否则并行步骤六、七；

[0035] 步骤六：烟雾检测器和温度检测器将探测到的烟气浓度和温度数据传输给传感控制器，所述传感控制器启动附近的防沉降控烟子系统的发动机，并调节转动台、升降装置、
滑动装置及射流风机主体的送风量，达到防烟气沉降的目的；

[0036] 步骤七：所述传感控制器开启该排烟口附近的挡烟垂壁释放部件，释放挡烟垂壁主体的活动端，使挡烟垂壁主体垂直放置隔档烟气，以防发生热障效应，当烟雾检测器和温
度检测器检测到烟气浓度和温度低于危险值时，停止防沉降控烟子系统并回收挡烟垂壁主
体的活动端，否则并行步骤八；

[0037] 步骤八：氮气加热器将氮气加热至设定温度后通过输氮管输送到隧道顶部的输氮支管，气体分析仪分析排烟口附近烟雾浓度，将数据传送至PIC控制器，通过比较排烟口下
方烟雾浓度与附近烟气浓度，在浓度差超过危险值的排烟口处开启输氮管排气阀及输氮支
管排气阀，将高温氮气经可调节式喷嘴充入排烟口上方；

[0038] 步骤九：开启该排烟口附近的百叶窗辅助装置齿轮电机，将百叶窗平行遮板通过电机链条与齿轮传动调节至相应角度，当浓度差低于危险值时，停止输氮管排气阀、输氮支
管排气阀及百叶窗辅助装置齿轮电机；

[0039] 步骤十：所述人体检测传感器将检测到的人员体温、脉搏、呼吸状况等数据传输至PIC控制器，通过分析得出人员的缺氧指数，并根据缺氧指数控制调节阀调节氧气浓度使不
同供氧仓提供合适的氧气浓度，并将人体不同缺氧程度的症状显示在显示屏上，提示人员
去合适的供氧仓中，达到分段供氧的目的，流量计检测氧气面罩的氧气流量，实时反馈给
PIC控制器。

[0040] 与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

[0041] 1、本发明提出了一种在高海拔隧道发生火灾时能实现分阶段灭火和乘客紧急避、险救援的系统及方法，此系统包括：细水雾灭火子系统、防沉降控烟子系统、防烟气吸穿子
系统和分段供氧子系统。细水雾灭火子系统能够在火灾发生时检测下方温度，控制细水雾
喷头喷射水雾，及时降低火场温度防止火势蔓延。防沉降控烟子系统在烟雾尚未弥漫前，调
整射流风机位置并喷射空气流，阻止烟雾沉降扩散。防热障效应及烟气吸穿子系统能在烟
雾上升过程中，加热隧道顶部空气，防止热障效应和烟气吸穿现象发生。分段供氧子系统能
够保证撤离人员在待救援时间里的基本生存和医疗条件。避免因，保障逃离至横通道的人
员的氧气供应和基本医疗。本发明针对现有技术存在的缺陷，可实现高海拔公路隧道发生
火灾的情况下，及时进行火情和烟雾控制，并保障代救援人员的基本生存和医疗条件。

[0042] 2、本发明首次提出在救援通道内“分段供氧”的概念，避免了在高海拔隧道中待救援人员氧气不足的可能性，增大了人员的生存几率；

[0043] 3、本发明各子系统所需装置均可利用现有隧道条件安装，无需在隧道内壁挖凿额外空间，对现有隧道通信通风设施无影响，适用普遍性高；

[0044] 4、本发明中分段供氧子系统所需氧气为隧道内空气进行物理提取获得，提取后剩余气体进行加热用于防热障效应及烟气吸穿子系统，实现了产物的充分利用，具有节能高
效的特点；

[0045] 5、本发明中百叶窗及挡烟垂壁装置能有效解决隧道火灾排烟中的吸穿现象，装置结构简单，安装维修方便，易于控制。

[0046] 6、本发明中细水雾喷头能够在温度传感器反馈下，转动喷洒水雾，在隧道内部形成空气水雾墙，阻挡烟尘蔓延。较之普通灭火喷头，在节约水的同时能精准控制火势，控烟
灭尘。

[0047] 7、本发明中射流风机主体在升降滑动装置的控制下可以进行不同角度的喷射，极大地提高了射流风机的灵活性和烟尘控制效果，针对不同情况的火灾烟尘情况具有较好的
实用性。

附图说明

[0048] 图1为细水雾灭火子系统示意图；

[0049] 图2为防沉降控烟子系统示意图；

[0050] 图3为射流风机主体及升降滑动装置示意图；

[0051] 图4为挡烟垂壁装置示意图；

[0052] 图5为百叶窗辅助装置示意图；

[0053] 图6为百叶窗叶片活动示意图；

[0054] 图7为气体管道示意图；

[0055] 图8为分段供氧子系统俯视图；

[0056] 图9为分段供氧子系统显示屏与人体检测传感器位置示意图；

[0057] 图10为高海拔隧道分阶段灭火救援方法程序图；

[0058] 图中标号：1、消防池；2、消防给水管道；3、细水雾供水管主管；4、给水阀门；5、可调增压水泵；6、细水雾供水管支管；7、细水雾喷头；8、火灾探测器；9、传感控制器；10、射流风
机主体；11、转动台；12、升降装置；13、滑动装置；14、固定隔板；15、滑动轨道；16、发动机；
17、滑动带动杆；18、滑动轮；19、升降带动杆；20、转动升降滚轮；21、升降支架；22、伸缩管；
23、烟雾检测器；24、温度检测器；25、挡烟垂壁、26百叶窗辅助装置；27、变压吸附制氧机；
28、氮气吸附机；29、氮气储气囊；30、输氮管；31、输氮支管；32、氮气加热器；33、可调节式排
气阀；34、气体分析仪和；35、PIC控制器包括；36、挡烟垂壁板；37、挡烟垂壁安置凹槽；38、挡
烟垂壁释放部件；39、转轴；40、警示器；41、平行遮板；42、齿轮；43、链条；44、调节电机；45、
电机转轴；46、氧气储气囊；47、射流风机；48、风管；49、供氧管；50、调节阀；51、输氧管；52、
供氧仓；53、氧气面；54、供氧阀门；55、人体检测传感器；56、显示屏。

具体实施方式

[0059] 下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

[0060] 一种应用于高海拔隧道的分阶段灭火救援系统，高海拔隧道为双洞单线隧道，并在隧道中部设置有紧急救援站；双洞单线隧道之间等距离间隔设置有人行通道；

[0061] 在高海拔隧道拱顶处等间隔设有与排烟口相连的排烟竖井，排烟竖井通过横向排烟道与纵向排烟道连通，纵向排烟道与斜井连通，通过斜井排出隧道内的烟气，并构成集中
排烟系统；其特征是，

[0062] 分阶段灭火救援系统包括：细水雾灭火子系统，防沉降控烟子系统，防热障效应及烟气吸穿子系统和分段供氧子系统；

[0063] 细水雾灭火子系统，包括：消防池1、消防给水管道2、细水雾供水管主管3、给水阀门4、可调增压水泵5、细水雾供水管支管6、细水雾喷头7、火灾探测器8；

[0064] 消防池1与设置在隧道侧壁上的消防给水管道2连接，消防给水管道2依次与细水雾供水管主管3、可调增压水泵5、细水雾供水管支管6、细水雾喷头7连接，在细水雾供水管
主管3与可调增压水泵5之间设置有给水阀门4；在细水雾灭火子系统所在的隧道顶部设置
有火灾探测器8；各给水管道皆安装于隧道墙壁外侧。细水雾喷头7每三个组成一列，每列间
隔固定距离。火灾探测器8可探测火场内部温度情况，并将情况进行反馈。

[0065] 防沉降控烟子系统设置在人行通道附近，并包括：传感控制器9、射流风机主体10、转动台11、升降装置12、滑动装置13、固定隔板14、滑动轨道15和发动机16、烟雾检测器23和
温度检测器24；

[0066] 滑动装置13包括：滑动带动杆17、滑动轮18；

[0067] 滑动装置13固定在隧道顶部，并通过驱动所述滑动带动杆17从而带动所述滑动轮18滚动；在滑动装置13的下方设置有固定隔板14；固定隔板14上设置有发动机16，并驱动升
降带动杆19自转并带动其两端的升降滚轮20转动，从而使得升降支架21实现伸缩；

[0068] 升降装置12包括：升降带动杆19、升降滚轮20、升降支架21；

[0069] 在升降支架21的末端设置有所述转动台11，在转动台11上设置有射流风机主体10；在转动台11和射流风机主体10之间设置有伸缩管22，以发动机16驱动所述伸缩管22伸
缩从而使得射流风机主体10实现角度倾斜；

[0070] 防沉降控烟子系统所在的隧道侧壁上设置有烟雾检测器23和温度检测器24，并分别与传感控制器9连接；

[0071] 防热障效应及烟气吸穿子系统，包括：挡烟垂壁25、百叶窗辅助装置26、变压吸附制氧机27、氮气吸附机28、氮气储气囊29、输氮管30、输氮支管31、氮气加热器32、可调节式
排气阀33、气体分析仪34；

[0072] 变压吸附制氧机27设置在紧急救援站中，并通过氮气吸附机28与氮气储气囊29连接，氮气储气囊29通过氮气加热器32与隧道顶部的输氮管30连接；输氮管30上等间隔连接
有输氮支管31，且输氮支管31分布在横向排烟道中，每个输氮支管31分别由一个可调节式
排气阀33控制；

[0073] 气体分析仪34设置在隧道拱顶排烟口附近，并由可调式排气阀33控制；

[0074] 挡烟垂壁25装置包括：挡烟垂壁板36、挡烟垂壁安置凹槽37和挡烟垂壁释放部件38；

[0075] 挡烟垂壁板36的两侧分别为活动侧和固定侧，固定侧通过转轴39与设置在排烟口附近的挡烟垂壁安置凹槽37的一侧转动连接；在挡烟垂壁安置凹槽37的另一侧上设置有挡
烟垂壁释放部件38；活动端通过挡烟垂壁释放部件38水平收纳在挡烟垂壁安置凹槽37中或
从挡烟垂壁安置凹槽37脱离并转动至垂直状态；

[0076] 百叶窗辅助装置26设置在排烟口附近，并通过调节电机44驱动齿轮42链条43转动，并带动遮板41的转动角度，以实现排烟口的排烟量调节；

[0077] 分段供氧通风子系统，是设置紧急救援站及人行通道中，并包括：变压吸附制氧机27、氧气储气囊46、射流风机47，风管48、供氧管49、调节阀50、输氧管51、供氧仓52、氧气面
罩53、供氧阀门54、流量计、人体检测传感器55、显示屏56；分段供氧通风子系统与烟雾检测
器23和温度检测器24连接；

[0078] 射流风机47设置在隧道洞口处，并与设置在隧道拱顶的风管48连接，风管48通过各个支管与人行通道相连通，同时通过供氧阀门54与变压吸附制氧机27相连，变压吸附制
氧机27与氧气储气囊46连接，氧气储气囊46中的氧气通过供氧管49输送给设置在人行通道
中的各个供氧仓52，供氧仓52内设置有若干个氧气面罩53、氧气面罩53通过输氧管51与供
氧管49相连，并由调节阀50与流量计控制；如图7所示，射流风机47安置在隧道入口，吸入隧
道外部的新鲜空气，通过风管传送至变压吸附制氧机处，变压吸附制氧机通过分子筛物理
提取方式得到氧气和剩余气体。氧气储存在氧气储气囊46中，剩余气体储存在氮气储气囊
29中。变压吸附制氧机及氧气储气囊、氮气储气囊均设置在有足够空间的紧急救援站中。

[0079] 人体检测传感器55由体温传感器、脉搏传感器、呼吸传感器组成，并在人行横通道入口顶部和侧壁各设置两组；显示屏56设置在供氧仓52门口，所述人体检测传感器55与所
述显示屏56均与PIC控制器35连接；如图9所示，人行横通道内设置4个供氧仓52，每个供养
仓52内放置数副氧气面罩53。人体检测传感器55能够检测人行横通道所进入人员的生理特
征，如体温，心率、呼吸等。并将相关数据传输至PIC控制器，PIC控制器根据数据分析得出不
同人员对氧气的不同需求，进而控制调节阀给各个供氧仓输入不同浓度的氧气。显示屏将
供氧仓内氧气浓度和适宜要求可视化，供不同情况的人员选择。流量计将佩戴氧气面罩人
员的耗氧量进行实时记录，并传输给PIC控制器。达到氧气浓度变化与人员生理情况变化相
一致；

[0080] 细水雾灭火子系统，防沉降控烟子系统，防热障效应及烟气吸穿子系统和分段供氧子系统与和PIC控制器35连接；

[0081] 本实例中还提到一种高海拔隧道分阶段灭火救援方法，按以下步骤进行：

[0082] 步骤一：所述火灾探测器8、烟雾检测器23和温度检测器24检测隧道情况，当火灾探测器8检测到发生火灾时，并行执行步骤二、三、四；

[0083] 步骤二：所述PIC控制器35启动附近的几组给水阀门4和可调增压水泵5，所述给水阀门4和可调增压水泵5根据所述火灾探测器8判断的火源位置，按照火源距离的远近调整
几组可调增压水泵5的水压及排水量的大小；如图1所示，消防池1呈蓄水的状态，当发生火
灾时，水从消防池1中由可调增压水泵5抽取出来，经消防给水管道2、细水雾供水管主管3、
细水雾供水管支管6至给水阀门4处，通过给水阀门4调节水压大小由细水喷雾头7喷出，细
水喷雾头7可根据火灾探测器反馈结果改变喷射水量，在火势较大处喷射较强力水雾进行
灭火处理，在火势较小或离火源较远处喷射较弱水雾起到屏蔽烟尘的效果；

[0084] 步骤三：所述PIC控制器35将储存在氮气储气囊29中的氮气输送到氮气加热器32并开启氮气加热器32；

[0085] 步骤四：所述PIC控制器35开启火源位置附近的几组供氧阀门及调节阀50，供氧装置开始在供氧仓中供氧，调节阀调节气压使供氧仓氧气浓度达到一定值，若人体检测传感
器55检测到人员，则同时执行步骤十；

[0086] 步骤五：当烟雾检测器23检测到烟气浓度低于危险值或所述温度检测器24检测到温度低于危险值时，给水阀门4和可调增压水泵5停止、PIC控制器35停止氮气输送及氮气加
热器32运作，调节阀降低供氧浓度，否则并行步骤六、七；

[0087] 步骤六：烟雾检测器23和温度检测器24将探测到的烟气浓度和温度数据传输给传感控制器9，所述传感控制器9启动附近的防沉降控烟子系统的发动机16，并调节转动台11、
升降装置12、滑动装置13及射流风机主体10的送风量，达到防烟气沉降的目的；如图2所示，
射流风机主体10在工作状态下可在横通道入口上方喷射气体形成空气幕阻隔沉降的烟气，
滑动装置15可使射流风机主体沿隧道纵向方向进行移动。转动台11可使射流风机主体在竖
直方向上进行转动。如图3所示，升降装置12可使射流风机主体在竖直方向上进行移动，固
定隔板14将射流风机主体和升降装置固定在滑动装置上。

[0088] 步骤七：所述传感控制器9开启该排烟口附近的挡烟垂壁释放部件，释放挡烟垂壁板36的活动侧，使挡烟垂壁板36垂直放置隔档烟气，以防发生热障效应，当烟雾检测器23和
温度检测器24检测到烟气浓度和温度低于危险值时，停止防沉降控烟子系统并回收挡烟垂
壁板36的活动侧，否则并行步骤八；如图4所示，挡烟垂壁25是有耐高温材料制成的矩形片
状物体，工作状态呈竖直状态，非工作状态呈水平放置状态。当发生火灾时，警示器40会发
出闪烁红光。

[0089] 步骤八：氮气加热器32将氮气加热至设定温度后通过输氮管30输送到隧道顶部的输氮支管31，气体分析仪34分析排烟口附近烟雾浓度，将数据传送至PIC控制器，通过比较
排烟口下方烟雾浓度与附近烟气浓度，在浓度差超过危险值的排烟口处开启输氮管排气阀
及输氮支管排气阀，将高温氮气经可调节式喷嘴充入排烟口上方；气体分析仪34能够分析
排气口附近的气体组成，判断是否发生热障效应或吸穿现象，并将信号传输至PIC控制器35
处。PIC控制器35控制挡烟垂壁25的释放和可调式排气阀33的开启。挡烟垂壁将烟气分隔成
几块区域，以达到减弱热障效应的作用；氮气加热器32内置加热装置，能将内部气体加热到
设定温度，然后由可调式排气阀释放在竖直排烟口上方，减弱隧道顶部与排烟横通道内外
烟气温差，减弱竖井效应，以抑制吸穿现象。

[0090] 步骤九：开启该排烟口附近的百叶窗辅助装置齿轮电机，将百叶窗平行遮板通过电机链条与齿轮传动调节至相应角度，当浓度差低于危险值时，停止输氮管排气阀、输氮支
管排气阀及百叶窗辅助装置齿轮电机；如图6所示，当气体分析仪34检测到火灾发生，PIC控
制器35开启可调时排气阀33的同时，调节电机44开始工作，电机转轴45带动链条43转动，进
而带动齿轮42转动，将遮板41调节至不同的角度，当气体分析仪34检测到吸入的气体烟气
浓度减小时，说明此排烟口有吸穿的风险，将调整遮板角度通过改变排烟口面积的方法减
小排烟量以防吸穿。

[0091] 步骤十：所述人体检测传感器55将检测到的人员体温、脉搏、呼吸状况等数据传输至PIC控制器35，通过分析得出人员的缺氧指数，并根据缺氧指数控制调节阀50调节氧气浓
度使不同供氧仓52提供合适的氧气浓度，并将人体不同缺氧程度的症状显示在显示屏56
上，提示人员去合适的供氧仓52中，达到分段供氧的目的，流量计检测氧气面罩53的氧气流
量，实时反馈给PIC控制器35；

[0092] 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技
术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些
变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。